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KR20120047107A - 그래핀 광자 결정 발광 소자 - Google Patents

그래핀 광자 결정 발광 소자 Download PDF

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KR20120047107A
KR20120047107A KR1020100108798A KR20100108798A KR20120047107A KR 20120047107 A KR20120047107 A KR 20120047107A KR 1020100108798 A KR1020100108798 A KR 1020100108798A KR 20100108798 A KR20100108798 A KR 20100108798A KR 20120047107 A KR20120047107 A KR 20120047107A
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KR
South Korea
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graphene
photonic crystal
light emitting
emitting device
conductive semiconductor
Prior art date
Application number
KR1020100108798A
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English (en)
Inventor
황성원
정훈재
김정섭
손철수
Original Assignee
삼성엘이디 주식회사
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Filing date
Publication date
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 광자 결정 발광 소자는 기판, 기판 상에 마련된 제1도전형 반도체층, 제1도전형 반도체층 상에 마련된 활성층, 활성층 상에 마련된 제2도전형 반도체층 및 제1도전형 반도체층과 활성층 사이 또는 활성층과 제2도전형 반도체층 사이에 마련되고, 광자 결정 구조가 형성된 그래핀층을 포함할 수 있다.

Description

그래핀 광자 결정 발광 소자{Graphene photonic crystal light emitting device}
그래핀 광자 결정 발광 소자에 관한 것이다. 더 상세하게는 광자 결정 구조가 형성된 그래핀층을 포함하는 그래핀 광자 결정 발광 소자에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light emitting diode, LED)와 같은 발광 소자는 반도체의 pn 접합에서 전자와 정공의 재결합을 통해서 발광원을 구성하여, 다양한 색의 빛을 구현할 수 있는 반도체 소자를 말한다. 이와 같은 발광 소자는 수명이 길고, 소형화 및 경량화가 가능하며, 빛의 지향성이 우수하여 저전압 구동이 가능하다. 또한, 이러한 발광 소자는 충격 및 진동에 강하고, 예열 시간과 복잡한 구동이 필요하지 않으며, 다양한 형태로 패키징할 수 있어 다양한 용도로 적용이 가능하다.
그러나, 반도체 발광 소자 특히, 질화물 반도체 발광 소자는 낮은 광 추출 효율은 보이는데, 이는 질화 갈륨(굴절률 약 2,4)과 빛이 방출되는 공기(굴절률 약 1.0) 사이의 큰 굴절률 차이에 의해서, 발광 소자에서 발생된 빛의 상당 부분이 외부로 방출되지 않고 전반사되어 소멸되기 때문이다. 따라서, 발광 소자의 광 추출 효율을 높이기 위한 연구가 진행되고 있다.
광자 결정 구조가 형성된 그래핀층을 포함하는 그래핀 광자 결정 발광 소자를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 광자 결정 발광 소자는
기판;
상기 기판 상에 마련된 제1도전형 반도체층;
상기 제1도전형 반도체층 상에 마련된 활성층;
상기 활성층 상에 마련된 제2도전형 반도체층; 및
상기 제1도전형 반도체층과 상기 활성층 사이 및 상기 활성층과 상기 제2도전형 반도체층 사이 중에서 어느 하나의 사이에 마련되고, 광자 결정 구조가 형성된 그래핀층;을 포함할 수 있다.
상기 광자 결정 구조는 주기적으로 배열된 복수 개의 그래핀 기둥을 포함할 수 있다.
상기 광자 결정 구조는 복수 개의 홀이 주기적으로 형성된 그래핀을 포함할 수 있다.
상기 광자 결정 구조는 주기적으로 배열된 복수 개의 그래핀 나노리본을 포함할 수 있다.
상기 그래핀층은 복수 개의 그래핀이 적층된 구조를 포함할 수 있다.
상기 그래핀층은 2 내지 10 개의 그래핀이 적층된 구조를 포함할 수 있다.
상기 제1도전형 반도체층은 n형 반도체층이고, 상기 제2도전형 반도체층은 p형 반도체층일 수 있다.
상기 기판과 상기 제1도전형 반도체층 사이에 마련된 제1전극을 더 포함하고, 상기 제2도전형 반도체층 상에 마련된 제2전극을 더 포함할 수 있다.
상기 제1도전형 반도체층 상에 상기 활성층, 상기 그래핀층 및 상기 제2도전형 반도체층과 이격되어 마련된 제1전극을 더 포함하고, 상기 제2도전형 반도체층 상에 마련된 제2전극을 더 포함할 수 있다.
상기 그래핀 기둥의 단면 형상은 원형 또는 다각형일 수 있다.
상기 홀의 형상은 원형 또는 다각형일 수 있다.
상기 기판 상에 마련된 방열용 그래핀을 더 포함할 수 있다.
상기 방열용 그래핀은 상기 기판의 표면을 둘러싸고 있을 수 있다.
상기 방열용 그래핀은 주기적으로 배열된 패턴을 포함할 수 있다.
본 발명의 그래핀 광자 결정 발광 소자는 광자 결정 구조가 형성된 그래핀층을 포함하여, 활성층에서 발생한 빛이 발광 소자의 내부에서 전반사되는 것을 방지하고, 외부로 방출되게 하여 발광 소자의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 그리고, 그래핀 광자 결정 발광 소자의 활성층에서 발생한 빛은 상기 그래핀층의 계면에서 표면 플라즈몬 공명을 일으켜서, 발광 소자의 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 그래핀 광자 결정 발광 소자의 기판 상에 방열용 그래핀을 구비하여 발광 소자의 방열 효과를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 광자 결정 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 광자 결정 발광 소자의 그래핀층의 개략적인 평면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 광자 결정 발광 소자의 전극 배치를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀 광자 결정 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 그래핀 광자 결정 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 광자 결정 발광 소자에 대해서 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서, 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 광자 결정 발광 소자(100)의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 그래핀 광자 결정 발광 소자(100)는 기판(10), 기판(10) 상에 마련된 제1도전형 반도체층(20), 제1도전형 반도체층(20) 상에 마련된 활성층(30), 활성층(30) 상에 마련된 제2도전형 반도체층(50) 및 제1도전형 반도체층(20)과 활성층(30) 사이 및 활성층(30) 및 제2도전형 반도체층(50) 사이 중에서 어느 하나의 사이에 마련되고, 광자 결정 구조가 형성된 그래핀층(40)을 포함할 수 있다.
기판(10)은 반도체 단결정 성장용 기판일 수 있으며, 예를 들어, 사파이어, Si, 유리, ZnO, GaAs, SiC, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2 , GaN 등의 재료로 형성될 수 있다. 기판(10)이 사파이어로 형성된 경우, 상기 사파이어는 육각-롬보형(Hexa-Rhombo R3c) 대칭성을 갖는 결정체로서 c축 방향의 요철상수가 13.001Å, a축 방향으로는 4.765Å의 요철 간 거리를 가지며, 사파이어 면방향(orientation plane)으로는 C(0001)면, A(1120)면, R(1102)면 등을 갖는다. 이러한 사파이어 기판층(10)의 C면의 경우 비교적 질화물 박막의 성장이 용이하며, 고온에서 안정하기 때문에 특히, 질화물 성장용 기판으로 사용될 수 있다.
제1도전형 반도체층(20)은 제1도전형 불순물로 도핑된 질화물 반도체로 형성될 수 있다. 즉, 제1도전형 반도체층(20)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 반도체 재료를 제1도전형 불순물로 도핑하여 형성될 수 있다. 제1도전형 반도체층(20)을 형성하는 상기 질화물 반도체는 예를 들어, GaN, AlGaN, InGaN 등을 포함할 수 있다. 상기 제1도전형 불순물은 n형 불순물일 수 있으며, 상기 n형 불순물은 예를 들어, Si, Ge, Se, Te 등을 포함할 수 있다. 한편, 제1도전형 반도체층(20)은 유기 금속 화학 증착법(metal-organic chemical vapor deposition, MOCVD), 수소 기상 증착법(hydride vapor phase epitaxy, HVPE), 분자빔에피택시법(molecular beam epitaxy, MBE) 등으로 성장될 수 있다.
활성층(30)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 빛을 방출하며, 인듐 함량에 따라 밴드갭 에너지가 조절되도록 InxGa1 - xN(0≤x≤1) 등의 반도체 재료로 형성될 수 있다. 또한, 활성층(30)은 양자 장벽층과 양자 우물층이 서로 교대로 적층된 다중 양자 우물(multi-quantumn well, MQW)층일 수 있다.
제2도전형 반도체층(50)은 제2도전형 불순물로 도핑된 질화물 반도체로 형성될 수 있다. 즉, 제2도전형 반도체층(50)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 반도체 재료를 제2도전형 불순물로 도핑하여 형성될 수 있다. 제2도전형 반도체층(50)을 형성하는 상기 질화물 반도체는 예를 들어, GaN, AlGaN, InGaN 등을 포함할 수 있다. 상기 제2도전형 불순물은 p형 불순물일 수 있으며, 상기 p형 불순물은 예를 들어, Mg, Zn, Be 등을 포함할 수 있다. 그리고, 제2도전형 반도체층(50)은 MOCVD, HVPE, MBE 등으로 성장될 수 있다. 한편, 제1 및 제2도전형 반도체층(20, 50)은 각각 n형 및 p형 반도체층이라고 설명되었으나, 이와 반대로 각각 p형 및 n형 반도체층일 수 있다.
그래핀층(40)은 제1도전형 반도체층(20)과 활성층(30) 사이 및 활성층(30)과 제2도전형 반도체층(50) 사이 중에서 적어도 어느 하나의 사이에 마련될 수 있다. 즉, 그래핀층(40)은 제1도전형 반도체층(20) 상에 마련되거나, 활성층(30) 상에 마련될 수 있다. 도 1에는 그래핀층(40)이 활성층(30)과 제2도전형 반도체층(50) 사이에 형성된 것으로 도시되었으나, 그래핀층(40)의 위치는 이에 한정되는 것은 아니다. 그래핀층(40)은 제1도전형 반도체층(20) 또는 활성층(30) 상에 화학 증기 증착법(chemical vapor deposition, CVD), 기계적 또는 화학적 박리법, 에피택시(epitaxy) 성장법 등으로 형성될 수 있다. 한편, 그래핀층(40)은 복수 개의 그래핀이 적층된 구조를 포함할 수 있다. 즉, 그래핀층(40)은 하나의 그래핀일 수 있으나, 수 내지 수십 개의 그래핀 예를 들어, 2 내지 10개의 그래핀이 적층된 구조를 포함할 수 있다.
그래핀층(40)을 형성하는 그래핀(graphene)은 탄소원자들이 2차원 상에서 벌집 모양의 배열을 이루면서 원자 한 층의 두께 예를 들어, 약 0.34nm의 두께를 가지는 전도성 물질이다. 그래핀은 구조적, 화학적으로 매우 안정적이며, 우수한 전도체로서 실리콘보다 약 100배 정도 빠른 전하 이동도를 가지고, 구리보다 약 100배 정도 많은 전류를 흐르게 할 수 있다. 또한, 그래핀은 투명도가 우수한데, 종래에 투명 전극으로 사용되던 ITO(indium tin oxide)보다 높은 투명도를 갖는다.
그래핀층(40)은 광자 결정(photonic crystal) 구조를 포함할 수 있다. 상기 광자 결정 구조는 굴절률이 다른 주기적인 격자 구조를 인위적으로 만들어서 전자기파의 전달 및 발생을 제어할 수 있는 구조를 말한다. 굴절률이 다른 주기적인 격자 구조 내에서는 광자 결정의 영향으로 전파 모드가 존재하지 못하는 특정 파장 대역이 존재하게 된다. 이와 같이, 전파 모드가 존재하지 못하는 영역을, 전자 상태가 존재할 수 없는 에너지 영역과 비슷하게, 전자기적 밴드 갭(electromagentic band gap) 또는 광자 밴드 갭(photonic band gap)이라고 부르고, 이러한 밴드 갭을 갖는 구조를 광자 결정이라고 한다. 이 경우, 광자 결정의 주기가 광의 파장과 비슷한 크기를 가지면 광자 밴드 갭 구조를 갖게 된다. 이러한 광자 결정 구조를 활용하면 빛의 전파(propagation)를 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 자발 방출의 제어도 가능하여 발광 소자의 성능 향상과 소형화에 기여할 수 있다. 즉, 특정한 에너지를 갖는 광자들이 광자 밴드 갭 내에 있도록 광자 결정이 형성되면 광자들이 측면 전파되는 것을 방지할 수 있어 거의 모든 광자들이 발광 소자의 외부로 방출될 수 있으므로, 발광 소자의 광 추출 효율이 향상되는 효과를 기대할 수 있다.
그래핀층(40)에 형성된 상기 광자 결정 구조는 활성층(30)에서 발생한 빛이 활성층(30)과 제1 및 제2전도형 반도체층(20, 50)간의 굴절률 차이에 의해서 전반사되어 발광 소자의 외부로 방출되지 못하는 것을 방지할 수 있다. 빛이 굴절률이 작은 물질에서 굴절률이 큰 물질로 전파되는 경우, 두 물질의 계면에서의 빛의 입사각이 임계각보다 큰 경우 빛은 굴절률이 큰 물질로 전파되지 못하고, 상기 계면에서 전부 반사될 수다. 이렇게 빛이 굴절률이 다른 물질을 투과하지 못하고, 전부 반사되는 현상을 전반사(total refelction)라고 한다. 본 실시예에 따른 발광 소자는 상기 광자 결정 구조가 형성된 그래핀층(40)이 이런 전반사 현상을 방지하여, 활성층(30)에서 발생한 빛이 발광 소자의 외부로 방출되게 할 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 활성층(30)에서 발생한 빛은 그래핀층(40)을 통해서 발광 소자의 외부로 방출될 수 있다.
그리고, 상기 광자 결정 구조가 형성된 그래핀층(40) 및 이와 접하고 있는 활성층(30), 제1도전형 반도체층(20) 및 제2도전형 반도체층(50) 중에서 적어도 하나의 층과의 계면에서는 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance)이 일어날 수 있다. 표면 플라즈몬 파(surface plasmon wave)란 전도체와 유전체의 경계 면을 따라 진행하는 전자기파의 일종이다. 특정 파장의 광을 평편한 전도체에 조사하는 경우, 대배분의 광 에너지가 자유 전자로 전이되는 공명 현상이 일어날 수 있으며, 이를 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance)이라고 한다. 특히, 나노 크기의 전도체 구조에서 발생한 표면 플라즈몬을 국소 표면 플라즈몬 공명(localized surface plasmon resonance)이라고 한다. 이렇게 표면 플라즈몬 공명이 일어나기 위한 조건으로는 입사광의 파장, 전도체와 접하고 있는 물질의 굴절률 등이 있으며, 활성층(30)과 그래핀층(40) 간의 거리가 중요할 수 있다. 활성층(30)에서 방출된 광은 그래핀층(40)의 표면 플라즈몬을 여기시켜, 활성층(30)에서 발생하는 빛의 양을 증가시킬 수 있으며, 활성층(30)의 내부 양자 효율을 향상시킬 수 있다. 한편, 그래핀층(40)에 형성된 상기 광자 결정 구조는 다양한 형태를 가질 수 있으며, 이에 대해서는 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 더 상세하게 설명하기로 한다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 광자 결정 발광 소자(100)의 다양한 그래핀층의 평면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2a를 참조하면, 본 실시예에 따른 그래핀 광자 결정 발광 소자(100)의 그래핀층(도 1의 40)은 주기적으로 배열된 복수 개의 그래핀 기둥(41)을 포함할 수 있다. 여기에서, 그래핀 기둥(41)은 그래핀을 부분적으로 에칭하여 형성할 수 있다. 복수 개의 그래핀 기둥(41)은 예를 들어, 활성층(30) 상에 마련될 수 있다. 복수 개의 그래핀 기둥(41)은 소정 간격 이격되어 규칙적으로 배열될 수 있으며, 그래핀 기둥(41) 사이의 상기 소정 간격은 그래핀층(40)의 광자 결정 구조의 광자 밴드 갭에 따라서 결정될 수 있다. 그리고, 그래핀 기둥(41)의 크기도 상기 광자 밴드 갭을 제어하기 위해서 선택될 수 있다. 또한, 그래핀 기둥(41)의 단면 형상은 원형으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 정사각형, 오각형, 육각형 등의 다각형일 수 있다. 한편, 그래핀 기둥(41)은 복수 개의 그래핀이 적층된 구조를 포함할 수 있으며, 예를 들어 2 내지 10개의 그래핀이 적층된 구조를 포함할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 본 실시예에 따른 그래핀 광자 결정 발광 소자(100)의 그래핀층(도 1의 40)은 복수 개의 홀(45)이 주기적으로 형성된 그래핀(43)을 포함할 수 있다. 즉, 그래핀(43)은 그래핀 나노메쉬 형태일 수 있다. 여기에서, 홀(45)은 그래핀을 부분적으로 에칭하여 형성할 수 있다. 복수 개의 홀(45)은 예를 들어, 활성층(30) 상에 마련될 수 있다. 복수 개의 홀(45)은 그래핀(43)에 소정 간격 이격되어 규칙적으로 형성될 수 있으며, 홀(45) 사이의 상기 소정 간격은 그래핀층(40)의 광자 결정 구조의 광자 밴드 갭에 따라서 결정될 수 있다. 그리고, 홀(45)의 크기도 상기 광자 밴드 갭에 따라서 선택될 수 있다. 또한, 홀(45)의 단면 형상은 원형으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 정사각형, 오각형, 육각형 등의 다각형일 수 있다. 한편, 그래핀(43)은 복수 개의 그래핀이 적층된 구조를 포함할 수 있으며, 예를 들어 2 내지 10개의 그래핀이 적층된 구조를 포함할 수 있다.
그리고, 도 2c를 참조하면, 본 실시예에 따른 그래핀 광자 결정 발광 소자(100)의 그래핀층(도 1의 40)은 주기적으로 배열된 복수 개의 그래핀 나노리본(47)을 포함할 수 있다. 여기에서, 그래핀 나노리본(47)은 그래핀 띠 모양을 말하며, 그래핀을 부분적으로 에칭하여 형성할 수 있다. 복수 개의 그래핀 나노리본(47)은 예를 들어, 활성층(30) 상에 마련될 수 있다. 복수 개의 그래핀 나노리본(47)은 소정 간격 이격되어, 서로 나란하게 규칙적으로 형성될 수 있으며, 그래핀 나노리본(47) 사이의 상기 소정 간격은 그래핀층(40)의 광자 결정 구조의 광자 밴드 갭에 따라서 선택될 수 있다. 그리고, 그래핀 나노리본(47)의 크기 즉, 너비도 상기 광자 밴드 갭에 따라서 선택될 수 있다. 한편, 그래핀 나노리본(47)은 복수 개의 그래핀이 적층된 구조를 포함할 수 있으며, 예를 들어 2 내지 10개의 그래핀이 적층된 구조를 포함할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 광자 결정 발광 소자(110, 120)의 전극 배치 관계를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 3a를 참조하면, 본 실시예에 따른 그래핀 광자 결정 발광 소자(110)는 기판(10), 기판(10) 상에 마련된 제1도전형 반도체층(20), 제1도전형 반도체층(20) 상에 마련된 활성층(30), 활성층(30) 상에 마련된 제2도전형 반도체층(50) 및 제1도전형 반도체층(20)과 활성층(30) 사이 및 활성층(30) 및 제2도전형 반도체층(50) 사이 중에서 어느 하나의 사이에 마련되고, 광자 결정 구조가 형성된 그래핀층(40)을 포함할 수 있다.
그리고, 본 실시예에 따른 그래핀 광자 결정 발광 소자(110)는 기판(10) 상에 마련된 제1전극(60)과 제2도전형 반도체층(50) 상에 마련된 제2전극(70)을 포함할 수 있다. 제1전극(60) 또는 제2전극(70)은 그래핀으로 형성될 수 있으며, 특히 활성층(30)에서 발생하는 빛이 방출되는 방향에 마련된 제1전극(60) 또는 제2전극(70)은 그래핀으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 활성층(30)에서 발생한 빛이 제2전극(70) 방향으로 방출되는 경우, 제2전극(70)이 그래핀으로 형성될 수 있다. 그래핀은 종래 투명 전극으로 사용되던 ITO(indium tin oxide)보다 투명도, 전기 전도도와 열 전도도가 더 높기 때문에, 발광 소자의 효율이 향상될 수 있다. 또한, 그래핀은 ITO보다 더 유연(flexible)하기 때문에, 플렉서블 디스플레이 소자에 더 적합할 수 있다.
도 3b를 참조하면, 본 실시예에 따른 그래핀 광자 결정 발광 소자(120)는 기판(10), 기판(10) 상에 마련된 제1도전형 반도체층(20), 제1도전형 반도체층(20) 상에 마련된 활성층(30), 활성층(30) 상에 마련된 제2도전형 반도체층(50) 및 제1도전형 반도체층(20)과 활성층(30) 사이 및 활성층(30) 및 제2도전형 반도체층(50) 사이 중에서 어느 하나의 사이에 마련되고, 광자 결정 구조가 형성된 그래핀층(40)을 포함할 수 있다.
그리고, 본 실시예에 따른 그래핀 광자 결정 발광 소자(120)는 제1도전형 반도체층(20) 상에 활성층(30), 그래핀층(40) 및 제2도전형 반도체층(50)과 이격되어 마련된 제1전극(65)을 포함할 수 있다. 즉, 제1전극(65)은 활성층(30), 그래핀층(40) 및 제2도전형 반도체층(50)을 메사 에칭하고, 상기 메사 에칭에 의해서 노출된 제1도전형 반도체층(20) 상에 마련될 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 그래핀 광자 결정 발광 소자(120)는 제2도전형 반도체층(50) 상에 마련된 제2전극(75)을 포함할 수 있다. 제1전극(65) 및 제2전극(75) 중에서 적어도 하나의 전극은 그래핀으로 형성될 수 있다. 그래핀은 종래 투명 전극으로 사용되던 ITO(indium tin oxide)보다 투명도, 전기 전도도 및 열 전도도가 더 높기 때문에, 발광 소자의 효율이 향상될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀 광자 결정 발광 소자(200)의 단면을 개략적으로 도시한 것이다. 앞서 설명한 그래핀 광자 결정 발광 소자(100, 110, 120)와의 차이점을 위주로 상세하게 설명하도록 한다.
본 실시예에 따른 그래핀 광자 결정 발광 소자(200)는 기판(10), 기판(10) 상에 마련된 제1도전형 반도체층(20), 제1도전형 반도체층(20) 상에 마련되고, 광자 결정 구조가 형성된 그래핀층(40), 그래핀층(40) 상에 마련된 활성층(30), 활성층(30) 상에 마련된 제2도전형 반도체층(50)을 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 그래핀 광자 결정 발광 소자(200)는 활성층(30)에서 발생한 빛이 그래핀층(40)을 통해서 기판(10) 쪽으로 방출될 수 있다. 그리고, 본 실시예에 따른 그래핀 광자 결정 발광 소자(200)는 기판(10) 상에 마련된 방열용 그래핀(80)을 더 포함할 수 있다. 그래핀은 전기 전도도뿐만 아니라, 열 전도도도 우수하기 때문에, 기판(10) 상에 마련된 방열용 그래핀(80)은 발광 소자에서 발생한 열을 더 효율적으로 분산시키고, 발광 소자의 외부로 방출시킬 수 있다. 한편, 본 실시예에 따른 그래핀 광자 결정 발광 소자(200)는 도 3a 또는 도 3b에 도시된 바와 같이 배치된 전극들을 더 포함할 수 있다.
또한, 방열용 그래핀(80)은 발광 소자의 방열 효과를 극대화하기 위해서, 도 2a 내지 도 2c에 도시된 광자 결정 구조가 형성된 그래핀층(40)과 같은 형상을 포함할 수 있다. 즉, 방열용 그래핀(80)은 주기적으로 배열된 패턴을 포함할 수 있다. 상기 패턴은 예를 들어, 주기적으로 배열된 복수 개의 그래핀 기둥, 복수 개의 홀이 주기적으로 형성된 그래핀 또는 주기적으로 나란하게 배열된 복수 개의 그래핀 나노리본을 포함할 수 있다. 상기 패턴의 배열 주기와 크기는 발광 소자의 방열 효과를 극대화하기 위해서 선택될 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 그래핀 광자 결정 발광 소자(210)의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
본 실시예에 따른 그래핀 광자 결정 발광 소자(210)는 기판(10), 기판(10) 상에 마련된 제1도전형 반도체층(20), 제1도전형 반도체층(20) 상에 마련되고, 광자 결정 구조가 형성된 그래핀층(40), 그래핀층(40) 상에 마련된 활성층(30), 활성층(30) 상에 마련된 제2도전형 반도체층(50)을 포함할 수 있다. 그리고, 본 실시예에 따른 그래핀 광자 결정 발광 소자(210)는 기판(10)을 둘러싸도록 마련된 방열용 그래핀(85)을 더 포함할 수 있다. 즉, 방열용 그래핀(85)은 기판(10)의 표면을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 그래핀은 전기 전도도뿐만 아니라, 열 전도도가 우수하기 때문에, 기판(10)을 둘러싸고 있는 방열용 그래핀(85)은 발광 소자에서 발생한 열을 더 효율적으로 분산시키고, 외부로 방출시킬 수 있다. 한편, 본 실시예에 따른 그래핀 광자 결정 발광 소자(210)는 도 3a 또는 도 3b에 도시된 바와 같이 배치된 전극들을 더 포함할 수 있다.
또한, 방열용 그래핀(85)은 발광 소자의 방열 효과를 극대화하기 위해서, 도 2a 내지 도 2c에 도시된 광자 결정 구조가 형성된 그래핀층(40)과 같은 형상을 포함할 수 있다. 즉, 방열용 그래핀(80)은 주기적으로 배열된 패턴을 포함할 수 있다. 상기 패턴은 예를 들어, 주기적으로 배열된 복수 개의 그래핀 기둥, 복수 개의 홀이 주기적으로 형성된 그래핀 또는 주기적으로 나란하게 배열된 복수 개의 그래핀 나노리본을 포함할 수 있다. 상기 패턴의 배열 주기와 크기는 발광 소자의 방열 효과를 극대화하기 위해서 선택될 수 있다.
이러한 본 발명인 그래핀 광자 결정 발광 소자는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 기판 20: 제1도전형 반도체층
30: 활성층 40: 그래핀층
50: 제2도전형 반도체층 60, 65: 제1전극
70, 75: 제2전극 80, 85: 방열용 그래핀

Claims (14)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 마련된 제1도전형 반도체층;
    상기 제1도전형 반도체층 상에 마련된 활성층;
    상기 활성층 상에 마련된 제2도전형 반도체층; 및
    상기 제1도전형 반도체층과 상기 활성층 사이 및 상기 활성층과 상기 제2도전형 반도체층 사이 중에서 어느 하나의 사이에 마련되고, 광자 결정 구조가 형성된 그래핀층;을 포함하는 그래핀 광자 결정 발광 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광자 결정 구조는 주기적으로 배열된 복수 개의 그래핀 기둥을 포함하는 그래핀 광자 결정 발광 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광자 결정 구조는 복수 개의 홀이 주기적으로 형성된 그래핀을 포함하는 그래핀 광자 결정 발광 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광자 결정 구조는 주기적으로 배열된 복수 개의 그래핀 나노리본을 포함하는 그래핀 광자 결정 발광 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 그래핀층은 복수 개의 그래핀이 적층된 구조를 포함하는 그래핀 광자 결정 발광 소자.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 그래핀층은 2 내지 10 개의 그래핀이 적층된 구조를 포함하는 그래핀 광자 결정 발광 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1도전형 반도체층은 n형 반도체층이고, 상기 제2도전형 반도체층은 p형 반도체층인 그래핀 광자 결정 발광 소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판과 상기 제1도전형 반도체층 사이에 마련된 제1전극을 더 포함하고, 상기 제2도전형 반도체층 상에 마련된 제2전극을 더 포함하는 그래핀 광자 결정 발광 소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1도전형 반도체층 상에 상기 활성층, 상기 그래핀층 및 상기 제2도전형 반도체층과 이격되어 마련된 제1전극을 더 포함하고, 상기 제2도전형 반도체층 상에 마련된 제2전극을 더 포함하는 그래핀 광자 결정 발광 소자.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 그래핀 기둥의 단면 형상은 원형 또는 다각형인 그래핀 광자 결정 발광 소자.
  11. 제 3 항에 있어서,
    상기 홀의 형상은 원형 또는 다각형인 그래핀 광자 결정 발광 소자.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 상에 방열용 그래핀을 더 포함하는 그래핀 광자 결정 발광 소자.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 방열용 그래핀은 상기 기판의 표면을 둘러싸고 있는 그래핀 광자 결정 발광 소자.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 방열용 그래핀은 주기적으로 배열된 패턴을 포함하는 그래핀 광자 결정 발광 소자.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103489982A (zh) * 2013-09-25 2014-01-01 北京工业大学 一种基于光子晶体-单层石墨烯结构的led
CN103901513A (zh) * 2014-04-21 2014-07-02 山东大学 二维类石墨烯复式结构光子晶体
CN106526716A (zh) * 2016-11-22 2017-03-22 武汉华星光电技术有限公司 一种微纳结构减反膜的制作方法及显示装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103489982A (zh) * 2013-09-25 2014-01-01 北京工业大学 一种基于光子晶体-单层石墨烯结构的led
CN103901513A (zh) * 2014-04-21 2014-07-02 山东大学 二维类石墨烯复式结构光子晶体
CN106526716A (zh) * 2016-11-22 2017-03-22 武汉华星光电技术有限公司 一种微纳结构减反膜的制作方法及显示装置
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